JP2554062B2 - ２進符号語の復号方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は伝送チャネルから受信された連続する２進符
号語（binary words）y_j（ｔ）の復号方法に関するもの
であり、この符号語はアナログ信号の連続するそれぞれ
の値u_j（ｔ）を表現する連続２進符号語x_j（ｔ）のチャ
ネルを通る伝送から生じ、ここでx_j＝Ｆ（u_j（ｔ））で
あり、この方法において、連続する値v_j（ｔ）が発生さ
れ、これは連続する値u_j（ｔ）に対応する受信された連
続符号語y_j（ｔ）により評価され、この評価過程は なる形をとり、ここでF^-1は写像関数Ｆの逆関数、ｎは
整数、かつｐ（x_i|y_j（ｔ））は送信されたx_iと、受信
されたy_j（ｔ）との相対条件付き確率の評価である。

デジタルチャネルを経由するアナログ信号の伝送は、
サンプルされたデジタル表現へのアナログ信号の変換、
符号化、データリンクを通る伝送、受信、復号および元
の信号の再構成を一般に必要とする。もしエラー保護が
必要なら、受信機で効果のあるエラー訂正を可能とする
冗長データを付加することが一般的である。このこと
は、例えば、通話（スピーチ）のパルス符号変調（PC
M）や、またボコーダを用いるパラメトリック符号化の
ような通話符号化に適用される。

ボコーダでは、元の通話信号の再生を可能にする適当
な伝送精度のみを必要とするサンプルされた量子化アナ
ログ波形としてパラメータそれ自体が見なされ、従って
少数の必要とされたビットが通常のPCMと比較される。
しかし、例えば最上桁位ビット（MSB）のごときいくつ
かのビット中のエラーは低い桁位のビット中のエラーよ
りももっと大きな本質的効果を生ずることが理解されよ
う。データ伝送に対する通常のエラー訂正符号は任意の
データビットについても同じエラー訂正能力を有し、こ
のことはエラーが低い桁位のビットに起こる場合にはリ
ソースの不経済な使用となろう。この点を改善する方法
は、情報と制御、第31巻、頁341〜363（1976年）のジー
・ロバート・レディンボーによる論文「汎用ブロック符
号の最適平均自乗復号化（G.Robert Redinbo:“The Opt
imum Mean−Square Decoding of General Block Code
s",Information and Control、Vol.31,pp341〜363（197
6））で論議されており、これは最初のパラグラフに規
定されたような方法を論じている。しかしながら、既知
の復号方法の結果はエラーを生じ易く、そしてこれらの
エラーを減少させることが本発明の目的である。

本発明によると、最初のパラグラフで規定された方法
は、前記の評価が支配条件（prevailing cndition）を
考慮して計算されていることを特徴としている。前記の
支配条件は、例えば、受信符号語中の現行の（curren
t）ビットエラー率、エラーのある受信符号語の個々の
各ビットの現行の確率、および／または最近の履歴、す
なわち以前に発生された値v_j（ｔ−１）であろう。この
ように前記の条件付き確率の計算は既知の方法から生じ
たエラーを減少させることができるものと見られてい
る。

本発明の実施例は、添付の図面を参照し、実例によっ
て説明されよう。

第１図で、データフレームは種々の量子化されたパラ
メータ、すなわち、ピッチＰ（６ビット）、エネルギＥ
（５ビット）、チャネル振幅CA（14チャネルあり、ここ
で振幅は３ビットによって表され、これは８レベルと等
価である）および同期SYN（１ビット）を含んでいる。
もし2,400bpsで伝送されるなら、54ビットのデータフレ
ームは22.4msの通話を表している。

いくつかの伝送チャネルにわたって、１％から10％の
間のエラー率は通例である。通常のボコーダを用いてデ
ジタル化された通話の場合、１％のエラー率は通話の著
しい連結歪（slurring）を生じ、５％以上のエラー率は
再生された通話を認識不可能にする。信号化エラーの効
果は本発明による方法によって減少でき、ここで特定の
符号語が送信され、特定の符号語が受信される条件付き
確率を復号化決定（decoding decision）で考慮し、そ
の確率は受信符号語中の現行ビットエラー率、エラーの
ある個々の各ビットの現行の確率（ソフト決定情報）、
１つあるいはそれ以上の以前の復号決定および／または
送信信号の統計的性質のごとき支配条件を考慮して計算
される。最小平均自乗（rms）符号化を用いる符号化通
話は信号化エラーの効果を減少するのに役立っている。

第２図はアナログ信号の連続する値を表現するデータ
を送信する送信機のブロック図であり、現在の場合に
は、複数のアナログ信号の連続する値はマイクロホン１
からの通話信号の種々の性質を表している。この通話信
号は先ずボコーダ２で分析され、現在の場合、これは通
常のチャネルボコーダであり、これは信号をデジタル形
式に変換し、通話の基本ピッチの連続する値を表現する
デジタル語を出力３に、通話のエネルギの連続する値を
表現するデジタル語を出力４に、そして14個の各周波数
領域にある通話の振幅の連続する値を表現するデジタル
語を各出力5₁…5₁₄に生成する。これらの出力は符号化
・フォーマティング装置９の入力6,7,8₁…8₁₄それぞれ
に結合され、装置９は第１図を参照して述べられたよう
なデータフレームの連続を出力10に生成する。出力10
は、例えば２進位相シフトキーイング変調器のような変
調器12の変調信号入力11に結合され、変調器12でこのデ
ータフレームはキャリア信号発生器13によって別の入力
14に供給されたキャリア信号上で変調される。増幅され
た後、変調されたキャリアは出力15に現れ、アンテナ16
に供給されて無線チャネルに送信される。

装置９は、結果を各データフレームに挿入する前に、
少なくともその16個の入力の１つに印加された連続する
デジタル語を冗長度を含む２進符号に符号化する。現在
の説明の目的に対しては、これらの入力の丁度１つ（す
なわち入力７）でボコーダ出力語の符号化が説明されよ
う。通話エネルギの連続する値u_j（ｔ）（時間に対する
そのエネルギの変動はそれ自体、実効的にアナログ信号
を構成する）を表現するこれらの出力語は、現在の場
合、各々４ビットからなり、そして各々は装置９中で対
応する５ビット語x_j（ｔ）として符号化される。このこ
とは演算x_j（ｔ）＝Ｆ（u_j（ｔ））を実行するROMルッ
クアップテーブルによって行われよう。実行された特定
の変換は次の表に示されよう。

第３図は第２図の送信機によって放送チャネルを通っ
て伝送された被変調キャリア信号用受信機のブロック図
である。アンテナ17によって受信された後、このキャリ
アは、なかんずく低い周波数に変換する受信機セクショ
ン47を経て、ミキサ18、キャリア再生回路19およびビッ
トクロック再生回路20に印加される。キャリア再生回路
19は受信された信号から既知のやり方で、変換されたキ
ャリア周波数と位相を抽出し、それをミキサ18の第２入
力に参照信号として印加する。ビットクロック再生回路
20は既知のやり方で被変換受信信号からビットクロック
周波数と位相を抽出し、それをタイミング・同期制御回
路21に印加する。それに応じて回路21は積分・ダンプ回
路22およびサンプル・アンド・ホールド回路23に対し出
力24と25それぞれで制御信号を発生する。

ミキサ18（これは実効的に受信信号の復調器として作
用する）の出力は積分・ダンプ回路22に印加され、回路
22は回路21からの制御信号の制御の下に連続するビット
期間の各々にわたってそれを積分し、そしてその結果を
各ビット期間の終りでダンプする。この結果はサンプル
・アンド・ホールド回路23に印加され、回路23はこの出
力信号の各リセッティングの丁度前に回路21によって回
路22の出力信号をサンプル・アンド・ホールドするよう
制御される。回路23の出力信号はアナログ対デジタル変
換器26に印加され、これは回路23によって保持された各
値をデジタル形式に変換するために回路21の別の出力27
上の信号によって制御され、これを処理装置28の入力52
に印加し、ここで装置28は回路21の出力49からその入力
48に印加された制御信号によってまた制御される。装置
28の出力信号は出力端子29上に現れ、出力端子29は（示
されていない）ボコーダ合成機の入力に接続されよう。
装置28の別の出力30は、ビット同期と共にフレームを維
持するため回路21をエネーブルするように回路21に（第
１図の）各データフレームの同期ビットを印加するため
に回路21の別の入力31に結合される。（例えば、回路21
は、一期間にわたって連続する同期ビットに影響を及ぼ
すデータパターンをモニタするために配置され、かつ同
期されたままに維持するのに必要なタイミング調整によ
って応答する様に配置されている。） 第４図は第３図の処理装置28（これは実際には適当に
プログラムされたマイクロコンピュータによって構成で
きる）の動作モード、特に符号語x_j（ｔ）の伝送に応じ
て受信された符号語y_j（ｔ）の処理を示す図である。A/
D変換器26の出力信号は（ビット期間毎に１つ）、処理
ブロック32中で参照信号（現在の場合には０であるが）
と比較され、もし関連する信号が０より大きいなら２進
の「１」、もしそれが０より小さいなら２進の「０」と
なる（あるいは用いられた実際の変調特性によってはそ
の逆になる）。従って厳密な決定は受信された各ビット
が「１」であるか「０」であるかどうかによってなされ
る。これらの決定の結果は、出力30を経由して第３図の
タイミング・制御回路21に印加され、またシフトレジス
タのようなメモリバッファ33の中にクロックされる。受
信された各符号語y_j（ｔ）は処理ブロック34中でこのよ
うに蓄積された受信データフレームから抽出される。個
々の各受信ビットの信頼度はまた処理ブロック35で評価
される。この目的で、A/D変換器26の連続する出力信号
ｎの大きさ（例えば10−100ビット期間にわたってラン
ニングする）のランニング平均ｍとランニング分散VAR
が処理ブロック36で計算され、放送チャネルの現行の信
号対雑音比（SNRあが式SNR＝m²/VARに従って処理ブロッ
ク37でこれらから評価され、そしてエラーのある個々の
各ビットの確率P_bは処理ステップ35で、式P_b＝1/（１＋
exp（SNR×|n|/m））に従って、SNR、ｍおよびA/D変換
器26の対応する出力信号ｎの大きさより計算され、メモ
リバッファ38の中にクロックされる。かくしてバッファ
33に蓄積された各ビットに対して、そのビットがエラー
であるという確率を示すところの、バッファ38に蓄積さ
れた量の存在する。機能ブロック34でバッファ33から各
語y_j（ｔ）が抽出されると、その各ビット中のエラーの
確率P_bは処理ステップ39でバッファ38から抽出される。
これらの語と確率は各語y_j（ｔ）に対応しかつ条件付け
られた確率密度関数を計算するために処理ステップ40で
利用される。さらに特定すると、送信され得る各語x_i、
すなわち「装置９の出力語ｘ」との標題の下に表中に含
まれた各語x_iに対して、ｐ（y_j（ｔ）|x_i）なる量が計
算され、ことでｐ（y_j（ｔ）|x_i）は に等しく、a_ikはx_iのｋ番目のビット、b_jkはy_j（ｔ）の
ｋ番目のビットであり、G_ij（a_ik,b_jk）はもしa_ik＝b_jk
なら１−P_b（ｋ）に等しく、もしa_ihがb_jkに等しくない
ならP_b（ｋ）に等しく、P_b（ｋ）はy_j（ｔ）のｋ番目の
ビットがエラーである確率であり、ｑは符号語中のビッ
トの数（現在の場合は５に等しい）である。実際には一
般に量ｐ（y_j（ｔ）|x_i）ｐ（x_i）は５ビット語から計
算され、ここでｐ（x_i）は５ビット語x_iが伝送された確
率であり、「装置９の出力語x_j」なる標題の下で表中に
含まれているすべてのx_iは現在の場合には伝送される確
率に等しいと仮定され、伝送されたこの標題の下に含ま
れない各符号語の確率ｐ（x_i）はもちろん０に等しい。
ある状況の下では、例えば第２図の入力７上の信号の特
定の統計的性質という理由で、伝送された表中の種々の
x_iの確率は等しくなく、その場合に処理ブロック40での
計算の実行に際してこのことは考慮に入れられよう。

各語y_j（ｔ）に対して処理ブロック40で実行された計
算の結果は、第２図の入力７上の信号の対応値u_j（ｔ）
がどうであったかを評価するために処理ブロック41で使
用されている。さらに特定すると、v_j（ｔ）で示される
そのような評価は、 なる表現から計算され、ここでx_iが送信され、y_j（ｔ）
が受信された確率の測度である各ｐ（x_i|y_j（ｔ））は
処理ステップ40で計算された対応値ｐ（y_j（ｔ）|x_i）
ｐ（x_i）に比例するようにされ、F^-1は表の最初の２コ
ラムからその第３コラムへの写像関数が逆関数である。
一例として、もし各P_bが小さい、例えば0.05であると仮
定すると、第４図に示された処理ブロックの残部は省略
され、そして受信符号語y_j（ｔ）は00101に等しく（そ
れは表の第３コラムには含まれていない）、そこで著し
い大きさを有するであろうところの、処理ステップ40で
計算されたｐ（y_j（ｔ）|x_i）ｐ（x_i）のみが３個の５
ビット語01101,00001,00100に対応し、各々の場合に１
ビットがエラーであり、１ビットがエラーである他の５
ビット語、すなわち10101と00111は表中に含まれていな
い。表から前記の３個の５ビット語はそれぞれ10進の1
1,3,5に対応し、従ってステップ41で実行された計算はv
_j＝（0.05×11＋0.05×３＋0.05×５）／（0.05＋0.05
＋0.05）、すなわちv_j（ｔ）６なる形をとるであろ
う。

これまで述べたように、エラーのあるy_j（ｔ）の個々
の各ビットの確率は第４図のブロック35〜39によって別
々に計算される。代案として、これらのブロックを処理
ステップによって置換えられ、そこでビットエラーの現
行の全確率P_eが評価される。このことは、例えば、それ
が符号化テーブルの部分を形成するか否かを決定するよ
う各語y_j（ｔ）を検査することによっなされよう。もし
そうでないと、明らかに少なくとも１ビットエラーが生
起し、一方、もしそうなら、少なくとも比較的小さいビ
ットエラー率に対して何のビットエラーも生起しない。
この場合、 からブロックでの各ｐ（y_j（ｔ）|x_i）の計算は、ｐ（y
_j（ｔ）|x_i＝P_e ^d（１−P^e）^q-dからの各ｐ（y_j（ｔ）|x
_i）の計算によって置換えられ、ここでP_eはビットエラ
ーの現行の全確率であり、ｄはy_j（ｔ）とx_iの間のハミ
ング距離であり、ｑは符号語中のビットの数である。

第４図のブロック32〜40によって示された処理に加え
て、第３図の装置28は第４図のブロック42〜45によって
示された処理を実行するために配置されている。もし後
者の処理が備えられるなら、処理ブロック41によって生
成された評価v_j（ｔ）と処理ステップ42で１データフレ
ーム期間だけ遅延されたこれらの評価v_j（ｔ−１）は処
理ステップ43でお互から計算される。このようにして処
理ステップ43の結果は引続く評価v_j（ｔ）間の差であ
る。これらの差のランニング分散（sigma）^２、すなわ
ちそれらの自乗のランニング和は処理ステップ44で計算
され、そしてこの分散（sigma）^２と遅延された評価v_j
（ｔ−１）は、遅延された各評価v_j（ｔ−１）に対応し
かつ条件付けられた別の確率密度関数を計算するために
処理ステップ45で利用される。この関数はさもなされば
生成される各評価v_j（ｔ）をステップ41で修正するのに
使用され、そで修正された評価は以前の評価v_j（ｔ−
１）が何であったか、すなわち、現行の評価と以前の評
価との間の差がどのようなものであるかを考慮してい
る。多数の異なった仮定が異なる差の生起の確率につい
て行うことができるが、現在の場合、これらの確率は以
前の評価v_j（ｔ−１）の周りのガウス分布を形成するも
のと仮定されている。かくして処理ステップ45におい
て、処理ステップ34によって生成された受信符号語ｙ
（ｔ）の各々に対し、量ｐ（x_i|v_j（ｔ−１）＝exp−
〔（v_j（ｔ−１）−F^-1（x_i））²/2（sigma）^２〕が伝
送され得る各符号語x_iについて計算され、この量は符号
語x_iが伝送され、値v_j（ｔ−１）が以前に受信された符
号語に対応するように評価されている条件付き確率に比
例されている。これらの量ｐ（x_i|v_j（ｔ−１））は対
応する値ｐ（x_i|y_j（ｔ））を修正するために処理ステ
ップ41で用いられ、従って各ｐ（x_i|y_j（ｔ））はまた
乗算によって対応するｐ（x_i|v_j（ｔ−１））に比例す
るようにされている。符号語y_j（ｔ）＝00101が受信さ
れているところの以前に述べられた例をとり上げ、かつ
例えば直前の評価v_j（ｔ−１）が10進の10であると仮定
すると、v_j（ｔ）の計算における10進の５である係数は
10進の11である係数に比例して減少され、そして10進の
３である係数はさらに減少されさえし（各々は対応のｐ
（x_i|y_j（ｔ−１））によって乗算される）、従って計
算の結果は10進の６と11の間のどこかに存在し、その正
確な位置はステップ44で決められた分散の現行の値に依
存している。

もし装置28が第４図のブロック42〜45によって示され
た処理ステップを実行するように配置されているなら、
ブロック35〜39によって示されたそれらの処理ステッ
プ、あるいは以前に述べられたその代替は省略され、処
理ブロック40の目的に対してビットエラーの確率は特定
の値で一定であることが想定されている。

第２図の送信機から第３図の受信機への無線チャネル
は、例えば光ファイバの赤外線伝送チャネルのようない
くつかの他の形の伝送チャネルによって置換えられるこ
とは明白であろう。

（要約） データリングを通ってアナログ信号を通信する場合、
アナログ信号は送信機において送信すべき符号語にデジ
タル化される。このシーケンスは受信機で逆にされる。
受信機において、特定の符号語が特定の受信符号語に送
信される条件付き確率を考慮して各受信符号語に対応し
てアナログ信号値に評価が行われる。これらの確率は、
最近の履歴，ソフト決定情報およびチャネル状態のよう
な少なくとも１つの支配条件を考慮して計算される。

【図面の簡単な説明】

第１図はチャネルボコーダデータの伝送に使われるデー
タフレームを例示し、 第２図は送信機の略ブロック図、 第３図は受信機の略ブロック図であり、 第４図は第３図のブロックの１つで実行された動作を示
している。 １……マイクロホン、２……ボコーダー 3,4,5₁〜5₁₄……出力 6,7,8₁〜8₁₄……入力 ９……符号化・フォーマティング装置 10……出力、11……変調信号入力 12……変調器 13……キャリア信号発生器 14……入力、15……出力 16……アンテナ、17……アンテナ 18……ミキサ 19……キャリア再生回路 20……ビットクロック再生回路 21……タイミング・同期制御回路 22……積分・ダンプ回路 23……サンプル・アンド・ホールド回路 24,25……出力、26……A/D変換器 27……出力、28……処理装置 29……出力端子、30……出力 31……入力、32……処理ブロック 33……メモリバッファ 34,35,36,37……処理ブロック 38……メモリバッファ 39,40……処理ステップ 41……処理ブロック 42〜45……処理ステップ 47……受信機セクション 48……入力、49……出力 52……入力、CA……チャネル振幅 Ｅ……エネルギ、Ｐ……ピッチ SYN……同期

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】伝送チャネルから受信された連続する２進
   符号語y_j（ｔ）の復号方法であって、前記符号語はアナ
   ログ信号を連続するそれぞれの値u_j（ｔ）を表現する連
   続２進符号語x_j（ｔ）のチャネルを通る伝送から生じ、
   ここでx_j（ｔ）＝Ｆ（u_j（ｔ））であり、この方法にお
   いて、連続する値v_j（ｔ）が発生され、これは連続する
   値u_j（ｔ）に対応する受信された連続符号語y_j（ｔ）に
   より評価され、この評価過程は なる形をとり、ここでF^-1は写像関数Ｆの逆関数、ｎは
   整数、かつｐ（x_i|y_j（ｔ））は送信されたx_iと受信さ
   れたy_j（ｔ）の相対条件付き確率の評価であり、前記評
   価が支配条件を考慮して計算されることを特徴とする２
   進符号語の復号方法。
2. 【請求項２】各ｐ（x_i|y_j（ｔ））が受信符号語の現行
   のビットエラー率を考慮して計算されるところの特許請
   求の範囲第１項に記載の方法。
3. 【請求項３】各ｐ（x_i|y_j（ｔ））がｐ（y_j（ｔ）|x₁）
   ｐ（x₁）に比例するようにされ、ここでｐ（x_i）は伝送
   されたx_iの確率、ｐ（y_j（ｔ）|x₁）＝P_e ^d（１−p_e）
   ^q-d、P_eはビットエラーの確率、ｄはy_j（ｔ）とx_iの間
   のハミング距離、ｑは符号語中のビット数であるところ
   の、特許請求の範囲第２項記載の方法。
4. 【請求項４】各ｐ（x_i|y_j（ｔ））がエラーのある受信
   符号語の個々の各ビットの現行の確率を考慮して計算さ
   れているところの、特許請求の範囲第１項ないし第３項
   のいずれか１つの記載の方法。
5. 【請求項５】各ｐ（x_i|y_j（ｔ））がｐ（y_j（ｔ）|x₁）
   ｐ（x₁）に比例するようにされ、ここでｐ（x_i）は伝送
   されたx_iの確率、 a_ikはx_iのｋ番目のビット、b_jkはy_j（ｔ）のｋ番目のビ
   ットであり、G_ij（a_ik,b_jk）はもしa_ik＝b_jkなら１−P_b
   （ｋ）に等しく、もしa_ikがb_jkに等しくないならP
   _b（ｋ）に等しく、P_b（ｋ）はy_j（ｔ）のｋ番目のビッ
   トがエラーである確率、ｑは符号語中のビットの数であ
   るところの、特許請求の範囲第４項に記載の方法。
6. 【請求項６】各ｐ（x_i|y_j（ｔ））が以前に発生された
   値v_j（ｔ−１）を考慮して計算されているところの、特
   許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか１つに記載
   の方法。
7. 【請求項７】各ｐ（x_i|y_j（ｔ））がexp−〔v_j（ｔ−
   １）−F^-1（x_i））²/2（sigma）^２〕に比例するように
   され、ここで（sigma）^２は発生された連続値ｖの現行
   の分散であるところの、特許請求の範囲第６項に記載の
   方法。
8. 【請求項８】アナログ信号の連続する値u_j（ｔ）を表現
   するデータをデジタル的に通信する方法であって、前記
   の各連続値u_j（ｔ）を表現する連続２進符号語x_j（ｔ）
   を発生し、ここでx_j＝Ｆ（u_j（ｔ））であり、このよう
   に発生された符号語を伝送チャネルを通して送信し、伝
   送チャネルから符号語を受信し、かつ値u_j（ｔ）に対応
   して受信符号語y_j（ｔ）から評価されたv_j（ｔ）を特許
   請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか１つに記載さ
   れている方法によって発生するところのデジタル的にデ
   ータを通信する方法。